995 resultados para Ciclo termodinâmico


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Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

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Unidade 1

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Apresenta os dois enunciados mais importantes da segunda lei da termodinâmica. Apresenta as máquinas térmicas, dispositivos que produzem trabalho a partir de calor em processo cíclico, citando exemplo. Apresenta refrigeradores térmicos simples, que funcionam como aquecedores quando invertidos. Apresenta o ciclo de Carnot, definindo e equacionando as quatro etapas e ilustrando em um diagrama.

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Apresenta entropia por meio da desigualdade de Clausius, demonstrando essa desigualdade para máquinas térmicas e ciclos de refrigeração, concluindo que a igualdade se aplica a ciclos reversíveis e a desigualdade a ciclos irreversíveis. Define entropia como uma propriedade termodinâmica extensiva, e apresenta as equações para calcular a entropia. Apresenta o diagrama TS, faz a representação de um ciclo termodinâmico e do ciclo de Carnot nesse diagrama. Apresenta equações para cálculo de eficiência máquinas térmicas e rendimento de refrigeradores. Apresenta considerações de entropia para gases ideais.

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The use of waste heat of energy conversion equipment to produce a cooling effect, consists currently in a very interesting way of efficiency improvement of energy systems. The present research has as intention the theoretical and experimental study of a new intermittent refrigeration system ejector cycle characteristics, with use of waste heat. Initially, was doing a bibliographical survey about the vapor ejector refrigeration system technology. In the following stage was doing a simulation of the corresponding thermodynamic cycle, with preliminarily intention to evaluate the performance of the system for different refrigerants fluids. On the basis of the results of the simulation were selected the refrigerant fluid and developed an experimental group of benches of the refrigeration system considered, where pressure and temperature sensory had been inserted in strategical points of the refrigeration archetype and connected to a computerized data acquisition system for measure the refrigerant fluid properties in the thermodynamic cycle. The test results obtained show good agreement with the literature

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Energía termosolar (de concentración) es uno de los nombres que hacen referencia en español al término inglés “concentrating solar power”. Se trata de una tecnología basada en la captura de la potencia térmica de la radiación solar, de forma que permita alcanzar temperaturas capaces de alimentar un ciclo termodinámico convencional (o avanzado); el futuro de esta tecnología depende principalmente de su capacidad para concentrar la radiación solar de manera eficiente y económica. La presente tesis está orientada hacia la resolución de ciertos problemas importantes relacionados con este objetivo. La mencionada necesidad de reducir costes en la concentración de radiación solar directa, asegurando el objetivo termodinámico de calentar un fluido hasta una determinada temperatura, es de vital importancia. Los colectores lineales Fresnel han sido identificados en la literatura científica como una tecnología con gran potencial para alcanzar esta reducción de costes. Dicha tecnología ha sido seleccionada por numerosas razones, entre las que destacan su gran libertad de diseño y su actual estado inmaduro. Con el objetivo de responder a este desafío se desarrollado un detallado estudio de las propiedades ópticas de los colectores lineales Fresnel, para lo cual se han utilizado métodos analíticos y numéricos de manera combinada. En primer lugar, se han usado unos modelos para la predicción de la localización y la irradiación normal directa del sol junto a unas relaciones analíticas desarrolladas para estudiar el efecto de múltiples variables de diseño en la energía incidente sobre los espejos. Del mismo modo, se han obtenido analíticamente los errores debidos al llamado “off-axis aberration”, a la apertura de los rayos reflejados en los espejos y a las sombras y bloqueos entre espejos. Esto ha permitido la comparación de diferentes formas de espejo –planos, circulares o parabólicos–, así como el diseño preliminar de la localización y anchura de los espejos y receptor sin necesidad de costosos métodos numéricos. En segundo lugar, se ha desarrollado un modelo de trazado de rayos de Monte Carlo con el objetivo de comprobar la validez del estudio analítico, pero sobre todo porque este no es preciso en el estudio de la reflexión en espejos. El código desarrollado está específicamente ideado para colectores lineales Fresnel, lo que ha permitido la reducción del tiempo de cálculo en varios órdenes de magnitud en comparación con un programa comercial más general. Esto justifica el desarrollo de un nuevo código en lugar de la compra de una licencia de otro programa. El modelo ha sido usado primeramente para comparar la intensidad de flujo térmico y rendimiento de colectores Fresnel, con y sin reflector secundario, con los colectores cilíndrico parabólicos. Finalmente, la conjunción de los resultados obtenidos en el estudio analítico con el programa numérico ha sido usada para optimizar el campo solar para diferentes orientaciones –Norte-Sur y Este-Oeste–, diferentes localizaciones –Almería y Aswan–, diferentes inclinaciones hacia el Trópico –desde 0 deg hasta 32 deg– y diferentes mínimos de intensidad del flujo en el centro del receptor –10 kW/m2 y 25 kW/m2–. La presente tesis ha conducido a importantes descubrimientos que deben ser considerados a la hora de diseñar un campo solar Fresnel. En primer lugar, los espejos utilizados no deben ser plano, sino cilíndricos o parabólicos, ya que los espejos curvos implican mayores concentraciones y rendimiento. Por otro lado, se ha llegado a la conclusión de que la orientación Este-Oeste es más propicia para localizaciones con altas latitudes, como Almería, mientras que en zonas más cercanas a los trópicos como Aswan los campos Norte-Sur conducen a mayores rendimientos. Es de destacar que la orientación Este-Oeste requiere aproximadamente la mitad de espejos que los campos Norte-Sur, puediendo estar inclinados hacia los Trópicos para mejorar el rendimiento, y que alcanzan parecidos valores de intensidad térmica en el receptor todos los días a mediodía. Sin embargo, los campos con orientación Norte-Sur permiten un flujo más constante a lo largo de un día. Por último, ha sido demostrado que el uso de diseños pre-optimizados analíticamente, con anchura de espejos y espaciado entre espejos variables a lo ancho del campo, pueden implicar aumentos de la energía generada por metro cuadrado de espejos de hasta el 6%. El rendimiento óptico anual de los colectores cilíndrico parabólicos es 23 % mayor que el rendimiento de los campos Fresnel en Almería, mientras que la diferencia es de solo 9 % en Aswan. Ello implica que, para alcanzar el mismo precio de electricidad que la tecnología de referencia, la reducción de costes de instalación por metro cuadrado de espejo debe estar entre el 10 % y el 25 %, y que los colectores lineales Fresnel tienen más posibilidades de ser desarrollados en zonas de bajas latitudes. Como consecuencia de los estudios desarrollados en esta tesis se ha patentado un sistema de almacenamiento que tiene en cuenta la variación del flujo térmico en el receptor a lo largo del día, especialmente para campos con orientación Este-Oeste. Este invento permitiría el aprovechamiento de la energía incidente durante más parte del año, aumentando de manera apreciable los rendimientos óptico y térmico. Abstract Concentrating solar power is the common name of a technology based on capturing the thermal power of solar radiation, in a suitable way to reach temperatures able to activate a conventional (or advanced) thermodynamic cycle to generate electricity; this quest mainly depends on our ability to concentrate solar radiation in a cheap and efficient way. The present thesis is focused to highlight and help solving some of the important issues related to this problem. The need of reducing costs in concentrating the direct solar radiation, but without jeopardizing the thermodynamic objective of heating a fluid up to the required temperature, is of prime importance. Linear Fresnel collectors have been identified in the scientific literature as a technology with high potential to reach this cost reduction. This technology has been selected because of a number of reasons, particularly the degrees of freedom of this type of concentrating configuration and its current immature state. In order to respond to this challenge, a very detailed exercise has been carried out on the optical properties of linear Fresnel collectors. This has been done combining analytic and numerical methods. First, the effect of the design variables on the ratio of energy impinging onto the reflecting surface has been studied using analytically developed equations, together with models that predict the location and direct normal irradiance of the sun at any moment. Similarly, errors due to off-axis aberration, to the aperture of the reflected energy beam and to shading and blocking effects have been obtained analytically. This has allowed the comparison of different shapes of mirrors –flat, cylindrical or parabolic–, as well as a preliminary optimization of the location and width of mirrors and receiver with no need of time-consuming numerical models. Second, in order to prove the validity of the analytic results, but also due to the fact that the study of the reflection process is not precise enough when using analytic equations, a Monte Carlo Ray Trace model has been developed. The developed code is designed specifically for linear Fresnel collectors, which has reduced the computing time by several orders of magnitude compared to a wider commercial software. This justifies the development of the new code. The model has been first used to compare radiation flux intensities and efficiencies of linear Fresnel collectors, both multitube receiver and secondary reflector receiver technologies, with parabolic trough collectors. Finally, the results obtained in the analytic study together with the numeric model have used in order to optimize the solar field for different orientations –North-South and East-West–, different locations –Almería and Aswan–, different tilts of the field towards the Tropic –from 0 deg to 32 deg– and different flux intensity minimum requirements –10 kW/m2 and 25 kW/m2. This thesis work has led to several important findings that should be considered in the design of Fresnel solar fields. First, flat mirrors should not be used in any case, as cylindrical and parabolic mirrors lead to higher flux intensities and efficiencies. Second, it has been concluded that, in locations relatively far from the Tropics such as Almería, East-West embodiments are more efficient, while in Aswan North- South orientation leads to a higher annual efficiency. It must be noted that East-West oriented solar fields require approximately half the number of mirrors than NS oriented fields, can be tilted towards the Equator in order to increase the efficiency and attain similar values of flux intensity at the receiver every day at midday. On the other hand, in NS embodiments the flux intensity is more even during each single day. Finally, it has been proved that the use of analytic designs with variable shift between mirrors and variable width of mirrors across the field can lead to improvements in the electricity generated per reflecting surface square meter up to 6%. The annual optical efficiency of parabolic troughs has been found to be 23% higher than the efficiency of Fresnel fields in Almería, but it is only around 9% higher in Aswan. This implies that, in order to attain the same levelized cost of electricity than parabolic troughs, the required reduction of installation costs per mirror square meter is in the range of 10-25%. Also, it is concluded that linear Fresnel collectors are more suitable for low latitude areas. As a consequence of the studies carried out in this thesis, an innovative storage system has been patented. This system takes into account the variation of the flux intensity along the day, especially for East-West oriented solar fields. As a result, the invention would allow to exploit the impinging radiation along longer time every day, increasing appreciably the optical and thermal efficiencies.

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Household refrigerators are equipments that represent a significant portion on the eletricity consumption of Brazilian homes. The use of these devices with low energy efficiency contributes to increase the energy consumption. The energy efficiency of a refrigerator is a function of the interaction between the coolant fluid and the components of the thermodynamic cycle. Changes in load and/or nature of the coolant may modify the condensing and/or evaporation pressures. The volumetric capacity of the compressor, the mass flow of coolant and the compression power are dependent parameters of the condensation and evaporation pressures. Thus, the expansion devices exert an importante role in the balance of these pressures, being fundamental for the better performance of the refrigeration cycle. This experimental research aims to investigate the sensitivity of the performance parameters of a household refrigerator operating with R134a and at different evaporation pressures. Therefore, a small refrigerator was instrumented with temperature, pressure sensors and other variables of interest, installed along the cooling circuit, in order to allow the thermal mapping and the evaluation of the equipment performance parameters. The variation of pressure loss in the coolant fluid resulting from the operation of the expansion valve with micrometric adjustment that modifies the evaporation temperature, influencing significantly the performance parameters of the thermodynamic refrigeration cycle.

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Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEG

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La combustión mediante lazo químico permite una integración de captura de CO2 en una planta térmica de potencia sin penalización energética. Se alcanza una menor destrucción exergética, alcanzándose un rendimiento térmico idóneo. Este proyecto se centra en el estudio del rendimiento energético en una planta de potencia con gasificación integrada cuando la cámara de combustión de las turbinas de gas se sustituye por un sistema de combustión CLC. Después del diseño termodinámico y optimización de algunos parámetros del ciclo, el rendimiento de la planta de potencia es evaluado bajo distintas condiciones de trabajo y comparado con el que se obtendría en una planta de ciclo combinado convencional con gasificación integrada y captura pre-combustión. Abstract Chemical-looping combustion allows an integration of CO2 capture in a thermal power plant without energy penalty. A less exergy destruction in the combustion chemical transformation is achieved, leading to a greater overall thermal efficiency. This Project focus on the study of the energetic performance in a cycle power plant with integrated gasification when the chamber combustion is supplied by a combustion system CLC. After thermodynamic modeling and optimization of some cycle parameters, the power plant performance is evaluated under diverse working conditions and compared to a conventional integrated gasification combined cycle with pre-combustion capture.

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León, Nicaragua; con el objetivo de determinar las principales actividades de manejo reproductivo y comportamiento de postura de las gallinas criadas en libertad, se realizó el presente trabajo, el cual incluyó dos fases. La primera fase consistió en el levantamiento de encuestas en el entorno (3 comunidades del municipio de El Sauce, León) y la segunda fase comprendió el seguimiento en campo como fase principal del trabajo En la primera fase a través de la encuesta, se determinó el tipo de gallina que dedican las campesinas a la postura, el tamaño y forma del huevo para incubar, manejo de las gallinas en el período de clueques, criterios de selección de la vida útil de las aves. Encontrándose que el 76% de las productoras escogen las gallinas dependiendo del peso y su habilidad materna, y de la misma manera resultó que el 69% de las mismas realizan selección huevos normales o uniformes para incubar. En relación al manejo de la gallina en el período de clueques se encontró que el 85% de las productoras no les brindan ninguna atención especial, el 62% no realizan tratamiento anticlueques, el 70 % no preparan nidos y un 85% sólo realizan una de las actividades mencionadas. Con respecto a los criterios de selección de la vida útil de la gallina, el 70% de las productoras deciden que sus gallinas han llegado al final de su vida útil generalmente en el último período de mayor demanda de aves en el mercado. En la parte central de la investigación o segunda fase, la recolección de los datos se realizó diario, a través de papelones que se entregaron a las productoras mensualmente, en los cuales se marcaron los días de puesta de cada una de las aves evaluadas, los días que presentaron pausas o intervalos de puesta y los días que se encontraban traspuestas. Las demás actividades (clueca, echada, amarrada clueca, cuido de pollos, período libre o sin pollos) del ciclo biológico de las aves se anotaron en un cuaderno, registrando los pesos mensuales de los pollos, como también las fechas cuando se sometieron estos a la separación de sus madres y la fecha de separación natural. Las separaciones maternas que se establecieron permitieron registrar los días que transcurrieron desde el último día de puesta con el de la siguiente postura, para lo cual se realizó un análisis de varianza, considerando como factor el tiempo de separación de gallina - pollo y su efecto sobre la siguiente postura, el análisis no mostró diferencias significativas, de manera que la separación a mayor o menor tiempo gallina / pollo, no influyó en el más rápido reinicio de la producción de huevos. Los datos de puesta recolectados mensualmente con la ayuda de las productoras, permitió analizar los índices de puesta por mes y comarca, resultando que entre los meses de enero- junio fue cuando se dio la mayor producción de huevos y los meses de menor producción fueron septiembre – noviembre, por lo que es en la época de invierno cuando suceden las mayores posturas. En lo que respecta a las pautas de puesta, se determinó que están concatenadas con los meses de mayor producción de huevos, al igual de las interrupciones de postura por clueques. Lo contrario sucedió con las interrupciones por trasposición y cuido de los pollos, las cuales resultaron resultaron mayores en los meses de septiembre – noviembre, de igual manera, de la misma manera las interrupciones de postura por períodos libres se vio acentuada en los meses subsecuentes a las interrupciones del cuido de los pollos. Finalmente, en relación a los pollos, se logró obtener la ganancia media mensual y por consiguiente la ganancia media diaria por cada una de las edades evaluadas, las cuales se establecieron en rangos de 0 – 30 y 210 – 240 días de edad, resultando las mayores ganancias en los intervalos de edad de 150 – 180 días y de 180 – 210 días, con ganancia media diaria de 20 y g/día /pollo, respectivamente.

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En el ciclo de primera (junio-septiembre), 1988, en -la Compañía, San Marcos, Carazo, Nicaragua, se realizó el presente ensayo con el objetivo de encontrar un eficiente manejo de malezas que permite un adecuado desarrollo del frijol (Phaseolus vulgaria, L.) sin afectar los componentes de su rendimiento. La siembra se realizó el 10 de junio, y se usó le variedad Revolución 81, tipo IIa. El efecto de las distincias entre surcos, densidades de siembra y controles de malezas sobre les variables (peso fresco frijol-maleza kg/ha a la floración y madures fisiológica y número de vainas por planta, granos por vaina, peso del grano kg/ha 14 por ciento de humedad a la cosecha). Siendo los factores en estudio (a) dos espaciamientos entre hilera (0.20 s y 0.40 re), (B) dos densidades (30 y 45 semillas por metro cuadrado) y (o) diferentes controles de malezas (1-manual, 2- "pre emergente" (pendimetalin), 3- "post -emergente" (bentazón), 4- pendimetalin y bentazón, 5- pendi retobo y bentazón más fluazifop-butil, y 6- todo el tiempo enmalezado). Los datos obtenidos de las variables fueron - sometidos al análisis de variada y comparación de promedios, usando la tabla de rangos múltiples de TUKEY, al 5 por ciento de significando. Se encontró que el rendimiento se vio favorecido con - espaciamientos entre surcos de 0.40 m, densidad de 45 semillas por metro cuadrado, y control químico con pendimetelin y la mezcla de bentasón y fluazifop-butil, superando al control manual.

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En el ciclo de postrera (Octubre-Diciembre) 1990, en La Compañía, San Marcos, Carazo, Nicaragua, se realizó- el presente ensayo con el objetivo de encontrar un eficiente manejo de malezas y espaciamiento entre surcos que permita un adecuada desarrolla del frijol (Phaseolus vulgaris L.), sin afectar los componentes de su rendimiento. La siembra se realizó el 12 de octubre de 1990 y se usó la variedad Revolución 79 A. Se estudió el efecto de los espaciamientos entre surcos y controles de malezas sobre las variables, altura de plantas (cm), plantas por metro cuadrado, altura-de le primera rama, número dé ramas por plantas, número de vainas por planta, granos por vainas peso del grano kg/ha a la cosecha. Siendo los factores en estudio (A) diferentes controles de, malezas (1 manual, 2 pre y post-emergente, 3 período crítico y 4 todo el tiempo enmalezado) y (B) tres espaciamientos entre hieras (0.20 m., 0.40 m., y 0.60 m.). Los datos obtenidos de las variables fueron sometidos al análisis de varianza y comparación de promedios., usando la tabla de rangos múltiples de TUKEY al 5% de significancia. Se encontró que el rendimiento se vio favorecido con control período crítico, seguido de control químico (pre y post-emergente) y espaciamiento entre surcos de 0.40 m.

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El presente experimento fue realizado en la estación experimental La Compañía, ubicada en el municipio de San Marcos, departamento de Carazo, Nicaragua, durante la época de postrera en el año 1989, con el propósito de evaluar el comportamiento de diferentes métodos de control de malezas y distancias de siembra sobre la cenosis de malezas, crecimiento y rendimiento del frijol común. Los tratamientos, doce en total, consistieron en combinar cuatro diferentes métodos de control de malezas (Manual, Químico, Periodo Crítico y Enmalezado), con tres diferentes distancias de siembra (0.20, 0.40 y 0.60 metros). Los métodos de control consistieron: manual tres limpias a los 14, 21 y 35 días después de sembrado, el químico en dos aplicaciones de herbicidas: pre-emergente (pendimentalin 1.5 1/ha) y post-emergente (bentazón fluazifop-butyl 1 + 1.5 1/ha), el período crítico en una limpia a los 21 días después de la siembra y el enmalezado se dejó a crecimiento libre de las malezas. Los resultados obtenidos muestran que bajo las condiciones en las que fue realizado el experimento, el control manual con tres limpias, dos al periodo crítico y una al momento de la floración, seguido del control químico con aplicaciones pre y post-emergente a 0.40 metros de distancia entre hileras arrojaron los mejores rendimientos.

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Se estudió el comportamiento de las epidemias de roya en el ciclo 1992-93 en la zona norte de Nicaragua, así como sus diferencias respecto al ciclo 1991-92; el efecto de las precipitaciones sobre el desarrollo de las epidemias; la relación entre la enfermedad y la defoliación, y el efecto de la enfermedad sobre la producción en un ciclo de estudio, comparando métodos para la estimación de la relación roya-café. Se seleccionaron lotes colindantes en tres fincas ubicadas en la zona norte. En uno de los lotes se realizó un muestreo aleatorio por conglomerados, utilizando 15 plantas en un periodo de muestreo que duró 7 meses (un muestreo cada 2 semanas). Se registró cada dos semanas el número de nudos, nudos con frutos, hojas presentes, incidencia y severidad; además se registró la precipitación acumulada cada dos semanas, y el manejo agronómico realizado durante el periodo de muestreo. Este lote fue utilizado para la descripción de las epidemias y la comparación con los datos del ciclo 1991-92. Un segundo lote, colindante al anterior, se sometió a un diseño experimental de Parcelas Apareadas, donde se registraron las mismas variables, pero en lugar del número de nudos con frutos se registraron el número de frutos por bandola. Este último lote fue utilizado exclusivamente para la comparación con el lote del muestreo aleatorio por conglomerados. La epidemia comenzó a desarrollarse entre octubre y noviembre, alcanzando niveles bajos durante todo el muestreo, sus valores máximos se registraron en febrero. El inóculo residual tuvo un efecto importante en el desarrollo de la epidemia en el presente ciclo. Las precipitaciones moderadas determinaron el periodo adecuado para el desarrollo de la epidemia. La incidencia resultó ser un parámetro adecuado para la descripción de la epidemia. El desarrollo de la epidemia coincidió con el periodo de defoliación natural del café; la incidencia de la enfermedad influye considerablemente en la intensidad de ese fenómeno. La comparación entre ciclos demostró que la importancia de la enfermedad varía de un ciclo a otro, ya que los niveles de la incidencia y defoliación disminuyeron considerablemente. Los métodos estudiados mostraron que no hay un efecto negativo tangible de la roya sobre la producción del mismo ciclo de estudio de la incidencia. El muestreo aleatorio por conglomerados resultó ser un método práctico y sencillo, por lo tanto más adecuado para este tipo de estudio.

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Con el objetivo de evaluar el comportamiento en el campo de plantas micro propagadas del clon de banano "Enano Ecuatoriano" se estableció un ensayo comparativo, en Bloque Completamente al Azar, con plantas del mismo clon propagadas de manera convencional (cormo). El estudio se llevó a cabo en áreas del Programa de Recursos Genéticos Nicaragüenses (REGEN) en el periodo comprendido entre marzo 1990 y marzo 1991; en el primer ciclo vegetativo del cultivo. Se evaluó el comportamiento morfológico, productivo y la fenología de las plantas durante el ensayo. No se encontró diferencia entre las vitro-plantas y las plantas cormo en cuanto a Número de hijos, Altura de planta y Área foliar, al momento del inicio de la floración, no obstante las plantas micro propagadas fueron significativamente superiores que las plantas convencionales en cuanto al Número de hojas y Diámetro del pseudotallo. El Rendimiento de las plantas in vitro fue significativamente mayor que las plantas cormo; aunque en la fecha de inicio y duración de la floración lo mismo que en el momento de cosecha no hubo diferencia entre ellos.